sábado, 27 de agosto de 2016

Cómo los implantes cerebrales pueden devolver la movilidad a las personas con parálisis

La mayoría de los músculos afectados por parálisis todavía puede funcionar.

Ian Burkhart, tetrapléjico, es capaz de realizar movimientos complejos gracias a un dispositivo que lleva conectado al cerebro.

Algo tan simple como levantar una taza de té requiere una impresionante cantidad de acciones de nuestro cuerpo.

La musculatura del brazo se pone en marcha para mover la extremidad en dirección a la taza, y lo mismo hacen los músculos de los dedos para abrir la mano y, a continuación, doblar los dedos en torno al asa. La musculatura del hombro impide que el brazo se desprenda de él, y los músculos del tronco aseguran que no nos caigamos de lado debido al peso añadido de la taza. Todos estos músculos tienen que ponerse en acción de una manera precisa y coordinada y, sin embargo, nuestro único esfuerzo consciente es pensar: “Ah, sí. El té”.



Esa es la razón de que sea tan difícil conseguir que un miembro paralizado se vuelva a mover. La mayoría de los músculos afectados por la parálisis todavía pueden funcionar, pero su comunicación con el cerebro se ha perdido, de manera que no reciben las instrucciones para activarse. Como no podemos reparar el daño de la médula espinal, una solución es dar un rodeo y enviar instrucciones a los músculos artificialmente. Gracias a los avances de la tecnología de lectura e interpretación de la actividad cerebral, algún día estas instrucciones podrían llegar directamente de la mente del paciente.

Podemos lograr que los músculos paralizados se activen estimulándolos con electrodos implantados en su interior o alrededor de los nervios que los abastecen. Esta técnica se conoce como estimulación eléctrica funcional (EEF). Además de para ayudar a las personas con parálisis a moverse, también se emplea para hacer que la vejiga vuelva a funcionar, facilitar la tos productiva y aliviar el dolor. Es una tecnología fascinante que puede suponer una gran diferencia en la vida de las personas con lesiones de la médula espinal.

Dimitra Blana y sus compañeros de la Universidad de Keele (Reino Unido) trabajan para averiguar la forma de armonizar esta técnica con el complejo conjunto de instrucciones necesarias para hacer que un brazo funcione. Si queremos levantar la taza de té, ¿qué músculos hay que activar, cuándo y con qué intensidad? Las instrucciones para la puesta en marcha son complicadas, y no solo debido a la cantidad de músculos del tronco, el hombro, el brazo y los dedos que intervienen. A medida que uno va bebiendo su té poco a poco, esas instrucciones cambian, porque el peso de la taza varía. Para hacer otra cosa, como rascarse la nariz, las instrucciones son totalmente distintas.

En vez de limitarse a probar diversos patrones de activación en los músculos paralizados con la esperanza de descubrir uno que funcione, se pueden utilizar modelos informáticos del sistema musculoesquelético para calcularlos. Estos modelos son descripciones matemáticas de cómo actúan e interactúan los músculos, los huesos y las articulaciones durante el movimiento. En las simulaciones se puede fortalecer o debilitar los músculos, paralizarlos o estimularlos desde fuera. Es posible poner a prueba diferentes patrones de activación de manera rápida y segura, y hacer que los modelos levanten la taza de té repetidamente, unas veces con más éxito que otras.

Modelizar los músculos

Para ensayar esta tecnología, el equipo de Keele está colaborando con el Centro de Estimulación Eléctrica Funcional de Cleveland (EE UU), donde se están implantando hasta 24 electrodos en los músculos y los nervios de los participantes en el estudio. Los investigadores utilizan modelos por ordenador para decidir dónde situar los electrodos, ya que en los sistemas EEF actuales el número de músculos paralizados es superior al de electrodos.

Si hay que elegir, ¿es mejor estimular el subescapular o el supraespinoso? Si se estimula el nervio axilar, ¿se debería situar el electrodo antes o después de la ramificación al músculo redondo menor? Con el fin de responder a estas difíciles preguntas, los investigadores hacen simulaciones con diferentes conjuntos de electrodos y eligen el que permite que el modelo de ordenador ejecute los movimientos más eficaces.

En la actualidad, el equipo está trabajando con el hombro, cuya estabilidad se debe a un grupo de músculos llamado manguito de los rotadores. Si al brazo se le dan las instrucciones de activación equivocadas, podría suceder que estas le llegasen a la cuchara sopera en vez de al cuchillo para la mantequilla. Y si se dan las instrucciones erróneas al manguito de los rotadores, el brazo podría desprenderse del hombro. No es que esto sea un panorama agradable para los modelos de ordenador, pero ellos no se quejan. Los participantes en el estudio seguramente serían menos indulgentes.

Saber cómo activar los músculos paralizados para producir movimientos eficaces como la prensión es solo la mitad del problema. También hay que saber cuándo ponerlos en marcha, por ejemplo, si su dueño quiere levantar un objeto. Una posibilidad es leer la información directamente del cerebro. Hace poco, unos investigadores de Estados Unidos utilizaron un implante para escuchar a las células individuales del cerebro de una persona con parálisis. Puesto que los diferentes movimientos están asociados a diferentes patrones de actividad cerebral, el participante podía seleccionar uno de los seis movimientos programados previamente, que luego se generaban mediante la estimulación de los músculos de la mano.

Leer el cerebro

Con ello se ha dado un estimulante paso adelante en el campo de las neuroprótesis, pero quedan muchos desafíos por delante. En teoría, los implantes cerebrales tienen que durar décadas; en la actualidad es difícil registrar las mismas señales incluso a lo largo de unas cuantas semanas, así que hay que recalibrar el sistema con regularidad. El empleo de nuevos diseños de implantes o de señales cerebrales diferentes puede mejorar la estabilidad a largo plazo.

Asimismo, los implantes solo oyen a una pequeña proporción de los millones de células que controlan nuestras extremidades, de manera que el abanico de movimientos que se puede leer es limitado. No obstante, se ha logrado el control cerebral de extremidades robóticas con diversos grados de libertad (movimiento, rotación y prensión), y las posibilidades de esta tecnología están avanzando rápidamente.

Por último, los movimientos suaves y sin esfuerzo que solemos considerar de lo más natural están guiados por una rica realimentación sensorial que nos dice dónde se encuentran nuestros brazos en el espacio y cuándo las puntas de nuestros dedos están tocando objetos. Sin embargo, también estas señales se pueden perder a raíz de una lesión, así que los investigadores están trabajando en implantes cerebrales que algún día puedan devolver las sensaciones del mismo modo que el movimiento.

Algunos especialistas contemplan la posibilidad de que la tecnología de lectura del cerebro ayude a personas sin discapacidad física a comunicarse de manera más eficaz con los ordenadores, los teléfonos móviles e incluso directamente con otros cerebros. Pero esto sigue perteneciendo al dominio de la ciencia ficción, mientras que el control cerebral para aplicaciones médicas se está convirtiendo rápidamente en una realidad clínica.

Dimitra Blana es investigadora de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Keele.



Andrew Jackson es investigador de Wellcome Trust en la Universidad de Newcastle. Este artículo fue publicado originalmente en inglés en la web The Conversation. Traducción de News Clips

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